Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Морская техника в современном мире выполняет множество задач — от подводного патрулирования до доставки важных грузов в места бедствия. Ее работа основывается на множестве физических законов, часть из которых человечество сумело успешно использовать при проектировании и эксплуатации кораблей различных классов. Некоторые же пока не удается не только использовать, но и понять. «Лента.ру» выбрала наиболее интересные физические явления, с которыми сталкиваются моряки.

С появлением мощных силовых установок, позволяющих кораблям развивать скорость в несколько десятков узлов, моряки столкнулись с эффектом, при котором через некоторое время разрушалась поверхность гребных винтов, ухудшая их характеристики. С этим же явлением сталкиваются моряки и сегодня. Речь идет о кавитации, физическом явлении, при котором в воде позади лопастей и на их задней кромке образуются мельчайшие пузырьки, заполненные паром. Это происходит из-за резкого снижения давления воды позади лопастей винта. Вскоре после образования пузырьки схлопываются. Возникает ударная волна. От каждого пузырька в отдельности она совсем маленькая, однако, помноженная на количество этих пузырьков при длительной эксплуатации она приводит к разрушению конструкции винтов.

Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте


Процесс кавитации в воде


Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Кавитатор торпеды «Шквал»


Помимо разрушения конструкции, кавитация вредна и сильным шумом, который при эксплуатации подводных лодок может выдавать их местонахождение противнику. Однако инженеры научились использовать кавитацию и во благо. В частности, именно на принципе кавитации работает реактивная торпеда «Шквал». В носовой ее части устанавливается специальное устройство ─ кавитатор. При движении в воде это устройство формирует вокруг торпеды газовую каверну, благодаря которой снижается сопротивление воды и, как следствие, увеличивается скорость боеприпаса — твердотопливный ракетный двигатель «Шквала» может разгонять торпеду до 200 узлов (около 370 километров в час).

Рядом с кавитацией стоит явление гидравлического удара — собственно, в большей степени именно из-за него происходит повреждение движущихся металлических конструкций. Гидравлический удар представляет собой резкий скачок давления в жидкости, причиной которого является быстрое изменение скорости ее течения. Такое же явление возникает при взрыве боевой части торпеды в воде, из-за чего воздействие боеприпаса на цель усиливается. Гидравлический удар изредка встречается и на подводных лодках при дифферентовке, когда при перекачке балластной воды из цистерны в цистерну оператор допускает ошибку и перекрывает неправильный клапан. Гидроудар называли одной из причин аварии на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года.

Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Повреждения немецкой подводной лодки U-250


Основной причиной полученных повреждений стал гидравлический удар от взрыва глубинной бомбы над палубой корабля.

Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Пост управления балластными цистернами подводной лодки Б-396


Знакомо флоту и понятие «волн-убийц», которые также известны как «блуждающие волны» или «белые волны». Они представляют собой большие одиночные волны высотой до 30 метров. В отличие от других крупных волн, например, цунами, предсказать появление волн-убийц невозможно. Они возникают буквально ниоткуда и способны потопить корабль за считанные минуты. Причины возникновения таких волн пока не установлены. По одной из гипотез, «белые волны» возникают из-за разницы в электрических потенциалах разных слоев воды: верхний слой, насыщаясь кислородом, набирает положительный потенциал, а глубинный ─ отрицательный. При «разрядке», как во время грозы, начинается движение больших масс воды.

Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Танкер «Рамапо»


7 февраля 1933 года танкер «Рамапо» типа «Патока» ВМС США в ходе плавания в северо-западной части Тихого океана столкнулся с самой большой волной-убийцей из когда-либо зарегистрированных. Высота волны составила 34 метра. Корабль получил серьезные повреждения, однако остался на плаву и позднее был отремонтирован. В 1946 году «Рамапо» вывели из состава ВМС США.

Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Амплитуда волны-убийцы «Дропнера»


1 января 1995 года на нефтяной платформе «Дропнер» в Северном море была зафиксирована одиночная волна высотой 25,6 метра. Она получила имя волны Дропнера. С этого момента физики всерьез занялись изучением «белых волн», до этого считавшихся вымыслом.

В подводном флоте хорошо известно другое явление, получившее название термоклина. Оно проявляется в виде резкого снижения или повышения температуры слоя воды. Такие слои, имеющие резкие температурные отличия, возникают из-за плохого перемешивания воды. Термоклин может возникать при увеличении стока теплых вод в море или при таянии ледников. Слои с резко отличной температурой обычно располагаются в море на глубине не более 200 метров и существуют относительно недолго, но бывает и глубоководный термоклин. Он начинается на глубинах более двух тысяч метров и способен существовать достаточно долго. Подводники научились использовать термоклин для скрытия позиции субмарин: отличающийся по температуре слой воды способен отражать звуки, поступающие извне, и экранировать шумящую подлодку, которая находится внутри него.

Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Глубинные и температурные характеристики термоклина


Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Отрицательная и положительная рефракция в термоклине


В термоклине рефракция звука способна менять свойства. Так, выше термоклина рефракция положительна, в результате чего звуковые лучи отклоняются к поверхности (изображение справа), а ниже ─ отрицательна, и лучи отклоняются ко дну. При этом объект, находящийся в термоклине, остается невидим для сонаров.

Непосредственно с термоклином связано и явление пикноклина, в среде подводников именуемого «жидким грунтом». Это явление представляет собой резкий скачок плотности воды на глубине. Увеличение плотности слоя воды объясняется либо значительным отличием его температурных характеристик от окружающей воды (то есть термоклином), либо его повышенной соленостью. Подводники иногда используют «жидкий грунт» для фиксации подводной лодки на определенной глубине ─ это называется «покладкой на жидкий грунт». При этом процессе корабль удифферентовывают с остаточной плавучестью практически до нуля, а затем погружаются или всплывают с небольшим дифферентом. Прекращение или замедление погружения или всплытия говорит о попадании в пикноклин. Затем в уравнительную цистерну принимают небольшое количество воды, и лодка оказывается надежно лежащей на «жидком грунте».

Термоклин в жидком грунте. Проявления физических эффектов на флоте

Пикноклин (красный) на графике давлений в разных слоях морской воды
Автор: Василий Сычев
Первоисточник: http://lenta.ru/


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Загрузка...
Комментарии 18
  1. w.ebdo.g 26 июля 2013 07:59
    по последним данным, волны-убийцы (белые волны) образуются на стыке теплого и холодного течений, образуя одиночную огромную волну.
    математически был доказан этот факт и практические испытания в бассейне подтвердили математическую модель...
    w.ebdo.g
    1. Shumka 26 июля 2013 21:57
      Видел передачу про эти волны в общем в переводе на простой язык - идут ритмичные волны а в какой то момент энергия одной волны "отдается" другой волне и она как чёрная дыра вбирает силу других волн?.....
      В общем легендарный 9_й вал
      Shumka
    2. gridasov 11 августа 2013 13:37
      Демагогия. Все современные математические модели являются только частным решением . Никто из математиков не владеют методом комплексного решения всех радиальных физических процессов и тем более не владеют алгоритмами таких динамических процессов в их развитии. Только переход на целочисленные исчисления может позволить построить математическое пространство в котором можно определять все линейные и радиальные векторальные комплексные изменения.
      Не имея такого комплексного потенциала для анализа ученые и не могут понять комплексной структуры состояния турбулентного потока , а единовременно и алгоритма превращения самого вещества потока, тобиш - кавитации. Винты и пропеллеры это примитивные и низкопотенциальные преобразователи потока подвижных сред.
  2. Canep 26 июля 2013 08:27
    Интересно что скажут осабисты на публикацию фотографии торпеды "Шквал"?
    1. Игарр 26 июля 2013 10:10
      А что должны сказать?
      Хорошая фотография.
      Таких фотографий - шквал.
      ..
      В свое время, за рубежом развлекались с покрытием "ломинфло" - имитирующем работу кожи китов, дельфинов.
      Насколько понимаю - кавитационная капсула "Шквала" реализует именно этот эффект - "катящихся шариков".
      Без всякой лабуды с ломинфло.
      Опять наши - взяли и нагло...потыкали мордой лица...гегемонов и обормонов-покемонов.
      Меня гораздо больше заинтересовало - а зачем эта насадка еще и управляется по углу?
      Совместно с рулями направления?
      Кто знает такие детальки??
      1. михаил3 26 июля 2013 17:55
        Неправильно. Шквал идет в пустоте - паровом пузыре, собственно и пара то в нем мало. Кавитация - разрыв сплошности жидкости, в кавитационном пузыре строго говоря пустота, пар там появляется потому, что выделяется в вакуум. Насадка, судя по всему, позволяет регулировать размеры кавитационного пузыря и его форму. Собственно потому, что это не просто геометрическая конструкция, пока "друзьям" не удалось как следует кавитатор повторить. В общем шквал не плывет, никакой жидкостью не "окатывается", он летит. Хоть и под водой...
    2. biglow 26 июля 2013 11:01
      Цитата: Canep
      Интересно что скажут осабисты на публикацию фотографии торпеды "Шквал"?

      эти фото давно уже не секретны ,это фото с выставки вооружений
      biglow
    3. sub307 26 июля 2013 17:34
      Сейчас - ничего "не скажут", в "раньшие" времена чего-нибудь "сказали бы". Да и аналоги есть "у других". Немцы вроде имеют похожую разработку.
  3. Чёный 26 июля 2013 11:38
    Гидроудар называли одной из причин аварии на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года.
    Таки как раз та самая-кавитация. Сначала "убила" лопасти турбины, вызвав вибрацию, та в свою очередь уничтожила шпильки.
    Цитата: Игарр
    Меня гораздо больше заинтересовало - а зачем эта насадка еще и управляется по углу?

    И верно.... Я считал, что торпеда неуправляема...фото противоречит..
    1. Игарр 26 июля 2013 13:27
      Ну, нашел, все-таки. Из журнала Популярная Механика:
      "..В носовой части ракеты-торпеды «Шквал» расположена специальная деталь – кавитатор. Это эллиптической формы плоская толстая пластина с заточенными краями. Кавитатор немного наклонен к оси торпеды (во фронтальном сечении он круглый) для создания подъемной силы на носу (на корме подъемная сила создается рулями). При достижении определенной скорости (около 80 м/с) вблизи края пластины кавитация достигает такой интенсивности, что образуется гигантский «пузырь», обволакивающий торпеду. При этом гидродинамическое сопротивление движению значительно уменьшается.

      На самом деле, одного лишь кавитатора недостаточно, чтобы получить каверну нужного размера. Поэтому в «Шквале» используется дополнительный «наддув»: сразу за кавитатором в носовой части расположены отверстия - дюзы, через которые каверна «наддувается» от отдельного газогенератора. Это позволяет увеличить каверну и охватить весь корпус ракеты-торпеды – от носа до кормы.

      Обратная сторона медали

      Революционные принципы, положенные в основу конструкции «Шквала», имеют и свою обратную сторону. Одна из них – невозможность обратной связи, а стало быть, и отсутствие системы самонаведения: излучение гидролокаторов не может «пробить» стенки газового пузыря. Вместо этого торпеду программируют до запуска: в систему управления вводят координаты цели. При этом, разумеется, учитывают упреждение, то есть рассчитывают вероятное местонахождение цели в момент поражения торпедой.

      «Шквал» не умеет и поворачивать. Торпеда движется строго по прямой к заранее рассчитанной точке встречи с целью. Система стабилизации постоянно отслеживает положение торпеды и ее курс и вносит коррективы с помощью выдвижных рулей, едва касающихся стенок «пузыря», а также за счет наклона кавитатора – малейшее отклонение грозит не только потерей курса, но и разрушением каверны.

      Замаскировать запуск «Шквала» невозможно: торпеда издает сильнейший шум, а газовые пузыри всплывают на поверхность, образуя отлично видимый след. Один из разработчиков, присутствовавший при испытаниях на озере Иссык-Куль, сказал нам: «На что похож запуск «Шквала»? Представьте себе, как будто бог морей Посейдон взял в руки хлыст: свист и грохот, а затем очень быстро убегающий вдаль прямой, как стрела, след от хлыста на водной глади»."
      1. nnz226 26 июля 2013 20:54
        Вообще-то "Шквал" считался оружием "мёртвого удара" : если акустик на советской ПЛ засекал идущие на него торпеды НАТО типа Мк48 (уже не увернуться), то, врезав "Шквалом" (а они оснащались СБП) в точку старта торпед, не давал супостату порадоваться своей гибели, ибо гибли бы тогда одновременно. Ещё "Шквалом" можно было стрелять по буровым платформам, гаваням, портам, базам ВМФ. Базисная волна от взрыва 10 Кт любую базу ВМФ в комплект обломков превратит.
  4. rudolff 26 июля 2013 12:39
    Эта носовая насадка и создает газовый пузырь (каверну), в котором и двигается торпеда.
  5. SIT 26 июля 2013 12:47
    Зря автор так восторженно описывает использование слоя скачка(термогалоклина или жидкого грунта) подводниками. На самом деле лежать на "жидком грунте" довольно опасная затея. Дело в том, что это пограничная поверхность между двумя средами различной плотности, т.е. то же самое , что и раздел вода воздух, только разность плотностей меньше чем у воды и воздуха. Описанные в статье волны убийцы на поверхности достигают 30м, но чем меньше разность плотностей тем больше амплитуда волны на их границе. Так вот так называемые внутренние волны в слое скачка могут достигать амплитуд сотни метров при очень короткой длине волны и периоде, т.е. лежащая на "жидком грунте " подлодка может за несколько минут провалиться на сотню метров в глубину, а за счет набранной инерции и глубже. Тогда вся надежда на прочный корпус, экипаж уже ничего сделать просто не успеет...
    SIT
    1. Игарр 26 июля 2013 13:17
      Очень верно.
      Трешер, по американской версии, погиб именно в результате провала на запредельные глубины находясь в таком слое.
  6. МЧПВ 26 июля 2013 13:08
    Для наглядности, пример кавитации и гидроудара происходит при заполнении системы отопления в отопительный сезон.Очень мощные гидроудары происходят в паропроводах высокого давления,довольно таки неприятная штука даже на слух, а при кавитации на работающем насосе резко повышаются его обороты при падении давления жидкости- тоже малоприятная штука.
    Умение извлекать пользу из вреда все же талант.
  7. wei 26 июля 2013 23:32
    гидроудар используют в насосах
    узнал не так давно "это сильно"

    больше понравилось видио латиносов (там со схемой но не по русски) но лень искать простите feel
    wei
    1. wei 26 июля 2013 23:51
      очень интересно
      wei
      1. studentmati 27 июля 2013 00:01
        Шикарный комментарий!!! Спасибо!
  8. studentmati 26 июля 2013 23:37
    Седьмой номер "Науки и жизни" интересно рассказывает об аварии на Саяно-Шушенской ГЭС. Вывод один - наука ещё далёка......

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня